टॉर्क एम्पलीफायर
टॉर्क एम्पलीफायर यांत्रिक उपकरण है जो घूर्णन शाफ्ट की घूर्णी गति को प्रभावित किए बिना उसके टॉर्क को बढ़ाता है। यह यांत्रिक रूप से जहाजों पर दिखने वाले कैपस्टन (समुद्री) से संबंधित है। इसका सबसे व्यापक रूप से ज्ञात उपयोग ऑटोमोबाइल पर पॉवर स्टियरिंग में है। अन्य उपयोग विभेदक विश्लेषक पर है, जहां इसका उपयोग अन्यथा सीमित बॉल-एंड-डिस्क इंटीग्रेटर के आउटपुट टॉर्क को बढ़ाने के लिए किया गया था। यह शब्द ट्रैक्टर पर उपयोग किए जाने वाले कुछ गियरबॉक्स पर भी प्रयुक्त होता है, चूँकि यह असंबंधित है। यह टोर्क परिवर्त्तक से भिन्न होता है, जिसमें टॉर्क बढ़ने पर आउटपुट शाफ्ट की घूर्णी गति कम हो जाती है।
इतिहास
पहले बिजली से चलने वाले टॉर्क एम्पलीफायर का आविष्कार 1925 में बेथलेहम, पेनसिल्वेनिया की बेथलेहम स्टील कंपनी के हेनरी डब्ल्यू. नीमन द्वारा किया गया था।[1] इसका उद्देश्य भारी उपकरणों के मैन्युअल नियंत्रण की अनुमति देना था; उदाहरण के लिए, औद्योगिक क्रेन, तोपखाने, आदि। इस प्रकार वन्नेवर बुश ने 1930 के दशक की प्रारंभ में एम.आई.टी. में अपने विभेदक विश्लेषक प्रोजेक्ट के भाग के रूप में नीमन के टॉर्क एम्पलीफायर का उपयोग किया था।[2] लॉर्ड केल्विन ने 1880 के दशक की प्रारंभ में ही ऐसे कैलकुलेटर के संभावित निर्माण पर विचार की थी, किन्तु बॉल-एंड-डिस्क इंटीग्रेटर्स के सीमित आउटपुट टॉर्क के कारण इसमें रुकावट आ गई थी।[3] इन इंटीग्रेटर्स ने घूर्णन शाफ्ट और डिस्क की सतह के मध्य दबाए गए बॉल बियरिंग का उपयोग किया था, जो शाफ्ट के घूर्णी बल को डिस्क तक पहुंचाता था। बॉल को शाफ्ट के साथ घुमाकर, डिस्क की गति को सरलता से परिवर्तित किया जा सकता है। आउटपुट शाफ्ट पर टॉर्क बियरिंग और डिस्क के मध्य घर्षण द्वारा सीमित था, और चूंकि यह सामान्यतः स्मूथ गति की अनुमति देने के लिए घर्षण-सीमित धातुओं जैसे कांस्य से बने होते थे, आउटपुट टॉर्क अधिक कम था। कुछ गणना उपकरण सीधे आउटपुट का उपयोग कर सकते हैं, और केल्विन और अन्य ने अनेक सिस्टम बनाए, किन्तु अंतर विश्लेषक के स्थिति में, इंटीग्रेटर का आउटपुट अगले इंटीग्रेटर, या ग्राफ़िंग आउटपुट के इनपुट को संचालित करता है। टॉर्क एम्पलीफायर वह अग्रिम था जिसने इन मशीनों को कार्य करने की अनुमति दी थी।
सिद्धांत
एक टॉर्क एम्पलीफायर अनिवार्य रूप से साथ जुड़े हुए दो कैपस्टैन होते हैं। केपस्टर में ड्रम होता है जो शक्तिशाली रोटरी स्रोत से जुड़ा होता है, सामान्यतः जहाज का भाप इंजन, या आधुनिक उदाहरणों में विद्युत मोटर या डिवाइस का उपयोग करने के लिए, ड्रम के चारों ओर कुछ मोड़ पर रस्सी लपेटी जाती है, जिसका सिरा लोड से जुड़ा होता है, और दूसरा सिरा उपयोगकर्ता द्वारा हाथ से पकड़ा जाता है। प्रारंभ में रस्सी में थोड़ा तनाव होता है और ड्रम घूमने पर सरलता से फिसल जाती है। चूँकि, यदि उपयोगकर्ता रस्सी के अपने सिरे को खींचता है, तो तनाव बढ़ जाता है, जिससे रस्सी और ड्रम के मध्य घर्षण बढ़ जाता है। अब चालक का पूरा बल आघूर्ण रस्सी के दूसरे सिरे पर लगकर भार खींचता है। यदि उपयोगकर्ता कुछ नहीं करता है, जिससे केपस्टर थोड़ी देर के लिए भार को अपनी ओर खींच लेगा, जिससे रस्सी ढीली हो जाएगी और आगे की गति रुक जाती है। यदि उपयोगकर्ता इसके अतिरिक्त स्लैक लेता है, जिससे तनाव बना रहता है और भार खींचा जाता रहता है। इस प्रकार, उपयोगकर्ता बहुत बड़े भार की गति को सरलता से नियंत्रित कर सकता है।[4]
निर्माण
एक विशिष्ट टॉर्क एम्पलीफायर में दो कैपस्टैन होते हैं जो रोटेशन की सामान्य रेखा के साथ अंत-से-अंत तक स्थित होते हैं, सामान्यतः क्षैतिज टॉर्क का एकल स्रोत आपूर्ति की जाती है, सामान्यतः इलेक्ट्रिक मोटर से, जो दो ड्रमों को विपरीत दिशाओं में घूमने के लिए शक्ति प्रदान करने के लिए तैयार की जाती है। एक ही रस्सी (या बैंड) को दो ड्रमों के चारों ओर लपेटा जाता है। यदि रस्सी के छोर पर तनाव लगाया जाता है, जिससे इसका केपस्टर उस पर खींचता है, जिसके परिणामस्वरूप आउटपुट पर तनाव पड़ता है। एकल केपस्टर की तरह, जैसे ही तनाव लगाया या छोड़ा जाता है, गति प्रारंभ हो जाती है और रुक जाती है, किन्तु सामान्यतः गति इनपुट पर भिन्न-भिन्न डिग्री के टॉर्क के प्रयुक्त होने के साथ सुचारू होती है।[4]
ड्रम के मध्य से इनपुट और आउटपुट के लिए दो भिन्न-भिन्न शाफ्ट चलते हैं। दोनों कैम के साथ समाप्त होते हैं (संलग्न स्केच में अस्पष्ट), जो अनुयायी और रॉकिंग आर्म के माध्यम से प्रत्येक रस्सी के छोर को पकड़ता है। यदि इनपुट शाफ्ट शून्य स्थिति से घूमता है, तो इसका कैम इनपुट फॉलोअर को ऊपर या नीचे करता है, जो रॉकिंग इनपुट आर्म के माध्यम से ड्रम पर रस्सी को तनाव देता है और दूसरे को अस्पष्ट कर देता है। उस स्थिति में, ड्रम दूसरे की तुलना में बहुत अधिक कर्षण प्रयुक्त करता है, जिसके परिणामस्वरूप आउटपुट शाफ्ट और केज दोनों इनपुट को ट्रैक करने के लिए इनपुट और आउटपुट आर्म्स को माउंट करते हैं। जैसे ही केज और आउटपुट शाफ्ट सही स्थिति में आ जाते हैं, दो रस्सियों में तनाव फिर से संतुलन में आ जाता है और सापेक्ष गति रुक जाती है। इस तरह, आउटपुट शाफ्ट की गति इनपुट की गति को बारीकी से ट्रैक करती है, चूँकि इस पर लगाया गया टॉर्क सिस्टम को चलाने वाली मोटर का टॉर्क है, इनपुट शाफ्ट पर लगाए गए बहुत छोटे टॉर्क के विपरीत प्रयुक्त होता है।[4]
अनुप्रयोग
एल्मर एम्ब्रोस स्पेरी द्वारा डिज़ाइन की गई प्रारंभिक ऑटो-पायलट इकाइयों में घूर्णन ड्रमों के चारों ओर लपेटे गए बेल्ट का उपयोग करके यांत्रिक एम्पलीफायर सम्मिलित किया गया था; बेल्ट के तनाव में थोड़ी वृद्धि के कारण ड्रम ने बेल्ट को खीच दिया था। ऐसे ड्राइव के युग्मित, विरोधी सेट ने एकल एम्पलीफायर बनाया था। इसने छोटी जाइरो त्रुटियों को विमान नियंत्रण सतहों को स्थानांतरित करने के लिए पर्याप्त बड़े संकेतों में परिवर्तित कर दिया था।
वन्नेवर बुश डिफरेंशियल एनालाइज़र में समान तंत्र का उपयोग किया गया था।
इलेक्ट्रोस्टैटिक ड्रम एम्पलीफायर ने घूर्णन ड्रम के चारों ओर बैंड लपेटा हुआ भाग का उपयोग किया था, और इसके लंगर वाले छोर पर स्प्रिंग से जुड़ा हुआ था। दूसरा सिरा स्पीकर कोन से जुड़ा है। इनपुट सिग्नल को उच्च वोल्टेज में परिवर्तित कर दिया गया था, और उच्च वोल्टेज डीसी आपूर्ति लाइन में जोड़ा गया था। यह वोल्टेज ड्रम और बेल्ट के मध्य जुड़ा हुआ था। इस प्रकार इनपुट सिग्नल ने बेल्ट और ड्रम के मध्य विद्युत क्षेत्र को परिवर्तित कर दिया था, और इस प्रकार उनके मध्य घर्षण, और इस प्रकार बेल्ट और इस प्रकार स्पीकर शंकु के पार्श्व आंदोलन की मात्रा को परिवर्तित कर दिया था।
यह भी देखें
- सर्वोमैकेनिज्म
- टोर्क परिवर्त्तक
संदर्भ
- Citations
- ↑ See:
- Henry W. Nieman, "Servo mechanism," U.S. Patent No. 1,751,645 (filed: January 25, 1925 ; issued: March 25, 1930).
- Henry W. Nieman, "Servo mechanism," U.S. Patent No. 1,751,647 (filed: January 8, 1926 ; issued: March 25, 1930).
- Henry W. Nieman, "Synchronous amplifying control mechanism," U.S. Patent No. 1,751,652 (filed: January 8, 1926 ; issued: March 25, 1930).
- Nieman, Henry W. (1927) "Bethlehem torque amplifier," American Machinist, 66 (21) : 895-897.
- Nieman, Henry W. (1927) "Backlash eliminator. Mechanical device that is vital to the functioning of the Bethlehem torque amplifier," American Machinist, 66 : 921-924.
- ↑ David Hemmendinger and Anthony Ralston, "Differential Analyser", Encyclopedia of Computer Science, 2nd Edition, John Wiley & Sons, 2003
- ↑ Ray Girvan, "The revealed grace of the mechanism: computing after Babbage" Archived November 3, 2012, at the Wayback Machine, Scientific Computing World, May/June 2003
- ↑ 4.0 4.1 4.2 Adam Eppendahl, "Torque Amplifier Notes", 13 June 2002
- Further reading
- William Irwin (July 2009), Differential Analyser Explained, retrieved 2013-02-02
- Michael Adler, Meccano Torque Amplifier, retrieved 2013-02-02
